CN102033515A

CN102033515A - 加工控制装置以及激光加工装置

Info

Publication number: CN102033515A
Application number: CN2010102198625A
Authority: CN
Inventors: 迎友则
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-09-28
Filing date: 2010-07-05
Publication date: 2011-04-27
Also published as: JP2011070538A; TW201111085A

Abstract

本发明得到一种加工控制装置以及激光加工装置，其使向加工台的驱动部件施加的负载降低，并且高精度地对工件进行加工控制。该加工控制装置对加工台上的支撑部件所载置的工件的三维激光加工进行控制，具有：轴移动指令部(32)，其在工件的激光加工开始前，向加工台发送移动指令，使该加工台进行规定的动作；电流测定部(33)，其测定按照移动指令使加工台动作时使用的电流值；轴加速度变更部(34)，其基于测定出的电流值，作为对工件进行三维激光加工时的加工条件，设定使加工台动作的驱动轴的轴加速度；以及控制指示部(31)，其按照所设定的轴加速度，输出针对工件的控制指示，控制三维激光加工。

Description

加工控制装置以及激光加工装置

技术领域

本发明涉及一种一边使加工台移动一边进行工件的激光加工控制的加工控制装置以及激光加工装置。

背景技术

三维激光加工机通过相对于工件表面基本面垂直地照射激光，从而进行激光加工。在上述三维激光加工机中，在加工台上载置支撑部件，并且在支撑部件上载置工件，一边使加工台和加工头向工件的各示教(teaching)位置移动，一边进行激光加工。

在例如专利文献1所记载的三维激光加工机中，根据当前的旋转轴以及姿态轴的角度，计算加工嘴方向矢量，并且计算一定时间内姿态轴变化的角度。然后，与姿态轴的角度变化量对应地，以使加工嘴方向矢量的XY方向保持恒定的方式计算使旋转轴旋转的角度，按计算出的角度量进行使旋转轴旋转的控制。

专利文献1：日本国际公开第01/087532号

发明内容

在上述现有技术中，在使加工台移动时，无论载置工件的支撑部件的重量如何，都以三维激光加工机中设定的规定加速度使加工台移动。在使加工台移动时，向加工台的驱动部施加与支撑部件的重量对应的负载，而导致驱动部件的短寿命化。另外，在载置工件的支撑部件的重量较重的情况下，难以使加工台停止在准确的位置上，其结果是，存在工件的加工精度恶化的问题。

本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于，得到一种加工控制装置以及激光加工装置，其降低向加工台的驱动部件施加的负载，并且高精度地对工件进行加工控制。

为了解决上述课题，达到目的，本发明提供一种加工控制装置，其对加工台上的支撑部件所载置的工件的三维激光加工进行控制，其特征在于，具有：移动指令部，其在开始所述工件的激光加工前，向所述加工台发送移动指令，使该加工台进行规定的动作；电流测定部，其测定在根据所述移动指令使所述加工台动作时使用的电流值；轴加速度设定部，其基于测定出的所述电流值，作为对所述工件进行三维激光加工时的加工条件，设定使所述加工台动作的驱动轴的轴加速度；以及控制部，其按照所设定的所述轴加速度，输出针对所述工件的控制指示，控制所述三维激光加工。

发明的效果

根据本发明，由于基于在使加工台动作时使用的电流值，设定使加工台动作的驱动轴的轴加速度，所以具有可以降低向加工台的驱动部件施加的负载，并且可以高精度地对工件进行加工控制的效果。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式所涉及的三维激光加工机的结构的图。

图2是表示加工头的结构的一个例子的图。

图3是表示棒状部件的支撑部件的一个例子的图。

图4是表示板状部件的支撑部件的一个例子的图。

图5是表示实施方式所涉及的三维激光加工机的结构的框图。

图6表示实施方式所涉及的三维激光加工机的动作流程的流程图。

图7是表示用于设定轴加速度的轴移动指令的一个例子的图。

图8是表示睡眠信号的一个例子的图。

图9是表示白色噪声的励振信号的一个例子的图。

图10是表示测定电流值和轴加速度的关系的一个例子的图。

图11是表示电流/轴加速度对应信息的一个例子的图。

具体实施方式

下面，基于附图，详细说明本发明的实施方式所涉及的加工控制装置以及激光加工装置。另外，本发明并不限定于本实施方式。

实施方式

图1是表示本发明的实施方式所涉及的三维激光加工机的结构的图。在图1中，以斜视图示出三维激光加工机100的结构例。本实施方式的三维激光加工机100，一边以与搭载在加工台2上的工件W以及载置工件W的支撑部件50X的重量对应而设定的轴加速度(后述的轴加速度A)使加工台2移动，一边进行工件W的三维激光加工。

三维激光加工机100具有加工台(工件台)2，其设置在基座1上，可以沿X轴方向移动。在加工台2的上表面载置支撑部件50X，在支撑部件50X的上侧载置工件W。支撑部件50X由用于固定工件W的部件构成。

另外，三维激光加工机100具有：横轨6，其水平架设在左右立柱4、5之间；Y轴单元7，其设置在横轨6上，可以沿Y轴方向移动；Z轴单元8，其设置在Y轴单元7上，可以沿Z轴方向移动；加工头9，其安装在Z轴单元8上；加工嘴(激光用加工嘴)10，其安装在加工头9的前端部上；以及计算机式的加工控制装置30。

加工控制装置30作为人机接口而具有操作盘11A、CRT等画面显示部11B。加工台2、Y轴单元7、Z轴单元8分别通过省略图示的X轴伺服电动机、Y轴伺服电动机、Z轴伺服电动机驱动，根据来自加工控制装置30的各轴指令进行位置控制。

加工头9与现有技术相同地构成。图2是表示加工头的结构的一个例子的图。加工头9具有：旋转轴14，其在Z轴单元8的前端，可以通过轴承部件13而围绕α轴(Z轴)的中心轴线旋转；以及姿态轴16，其通过轴承部件15安装在旋转轴14的前端，可以围绕相对于α轴倾斜的轴线(β轴)旋转，在姿态轴16的前端安装有加工嘴10。旋转轴14通过α轴伺服电动机17旋转驱动，姿态轴16通过β轴伺服电动机18旋转驱动。

X轴伺服电动机、Y轴伺服电动机、Z轴伺服电动机(省略图示)、α轴伺服电动机17、β轴伺服电动机18分别通过来自加工控制装置30的驱动信号进行驱动。另外，各轴(X轴、Y轴、Z轴、α轴、β轴)的伺服电动机由加工控制装置30控制，一边按照示教数据将加工嘴10相对于加工台2上的工件(被加工物)的分离间距保持恒定，一边使激光的光点沿加工线移动，并且使加工嘴10的方向姿态成为相对于工件W的表面大致垂直(法线)。由此，在旋转轴14以及姿态轴16进行了旋转时，可以使加工点不变。

下面，说明支撑部件50X的结构。支撑部件50X可以是多个棒状部件，也可以是多个板状部件。图3是表示棒状部件的支撑部件的一个例子的图，图4是表示板状部件的支撑部件的一个例子的图。在图3中，将棒状支撑部件(棒状部件)50A作为支撑部件50X的一个例子示出，在图4中，将板状支撑部件(板状部件)50B作为支撑部件50X的一个例子示出。

如图3所示，将各棒状支撑部件50A的一侧的端部(下端侧)直立在加工台2上。另外，将各棒状支撑部件50A配置在加工台2上，使各棒状支撑部件50A的另一侧的端部(上端侧)排列在与工件W的底面形状对应的位置上。

另外，如图4所示，将各板状支撑部件50B的侧面(下端侧)直立在加工台2上。另外，将各板状支撑部件50B配置在加工台2上，使各棒状支撑部件50A的上端侧的侧面排列在与工件W的底面形状对应的位置上。另外，支撑部件50X也可以是例如将棒状支撑部件50A和板状支撑部件50B组合的结构。

图5是表示实施方式所涉及的三维激光加工机的结构的框图。三维激光加工机100具有加工控制装置30以及加工处理装置(加工处理部)40。加工处理装置40具有图1所示的基座1、加工台2、左右立柱4、5、横轨6、Y轴单元7、Z轴单元8、加工头9、加工嘴10、以及支撑部件50X。加工处理装置40按照从加工控制装置30的控制指示部31发送来的控制指示信息，对工件W进行激光加工。本实施方式的加工处理装置40以与搭载在加工台2上的工件W以及支撑部件50X的重量对应的轴加速度A，使加工台2移动。

加工控制装置30具有控制指示部31、电流测定部33、以及轴加速度变更部(轴加速度设定部)34。控制指示部31是数控装置(NC：Numerical Control)，基于与工件W对应的NC数据(加工程序)，控制加工处理装置40。控制指示部31将用于控制加工处理装置40的控制指示信息向加工处理装置40发送。

本实施方式的控制指示部31具有轴移动指令部32。轴移动指令部32在例如三维激光加工机100起动时，对加工处理装置40进行控制，以使用于将加工台2沿X轴方向移动的驱动轴(以下称为工作台驱动轴)动作。另外，在对工件W进行激光加工时，控制指示部31以由轴加速度变更部34设定的工作台驱动轴的加速度(轴加速度A)，使加工台2移动。

电流测定部33测定在加工台2的移动中使用的输出电流(向工作台驱动轴供给的电流值)。在通过轴移动指令部32的控制而使加工台2动作的期间，电流测定部33测定向工作台驱动轴输出的电流。电流测定部33将测定出的电流向轴加速度变更部34发送。

轴加速度变更部34基于从电流测定部33发送来的电流的测定结果(以下称为测定电流值I)，设定轴加速度A。轴加速度变更部34通过变更例如预先设定的基准轴加速度A，设定轴加速度A。轴加速度变更部34向控制指示部31发送指示，以设定的轴加速度A进行工件W的激光加工。

在加工台2移动时向加工台2施加的负载不仅是工件W的重量，也与支撑部件50X的重量、加工台2的重量有关。由此，由电流测定部33测定的测定电流值I，根据加工台2的重量、支撑部件50X的重量、工件W的重量的不同而不同。其中，加工台2的重量在加工任何工件W的情况下均恒定。另外，工件W的重量有时与支撑部件50X的重量相比较轻。因此，由电流测定部33测定的测定电流值I，在大多数情况下受支撑部件50X重量的影响较大。因此，本实施方式的轴加速度变更部34基于测定电流值I设定轴加速度A。换言之，基于与加工台2的动作对应的测定电流值I，判断支撑部件50X的重量(支撑部件重量)和工件W的重量，对加工台2的轴加速度A进行变更。由此，可以进行与搭载在加工台2上的工件W以及支撑部件50X的重量对应的轴加速度A的变更。

下面，说明三维激光加工机100的动作流程。图6是表示实施方式所涉及的三维激光加工机的动作流程的流程图。如果进行工件W的激光加工的触发信号为接通(步骤S10)，则轴移动指令部32向加工处理装置40发送与轴移动相关的指令(轴移动指令)，加工处理装置40使工作台驱动轴动作(步骤S20)。进行工件W的激光加工的触发信号，可以是三维激光加工机100的电源接通(起动信号)，也可以是伺服接通(接通X轴伺服电动机的电源)。

轴移动指令部32对例如工作台驱动轴发出用于设定轴加速度A的轴移动指令，实施工作台驱动轴的轴移动。图7是表示用于设定轴加速度的轴移动指令的一个例子的图。轴移动指令是通过将例如三角波及矩形波组合而使加工台2以各种移动量移动的指令。

另外，轴移动指令部32也可以取代轴移动指令，将睡眠信号或白色噪声的励振信号向加工处理装置40发送。图8是表示睡眠信号的一个例子的图，图9表示白色噪声的励振信号的一个例子的图。睡眠信号和白色噪声的励振信号是在通过测定频率响应(增益)而掌握三维激光加工机100的机械特性时使用的输入信号。如图8所示，睡眠信号为例如sin波。另外，如图9所示，白色噪声的励振信号是用于使加工台2随机地进行微小移动的随机微小信号。

如果从轴移动指令部32向加工处理装置40发送轴移动指令等，则向使工作台驱动轴动作的X轴伺服电动机发送与轴移动指令对应的电流。由此，X轴伺服电动机使工作台驱动轴动作，使加工台2向与轴移动指令对应的位置移动。在向加工处理装置40发送轴移动指令的期间，电流测定部33将在加工台2的移动中使用的电流作为测定电流值I而进行测定(采样)(步骤S30)。将测定电流值I向加工处理装置40发送，并在反馈控制中使用。另外，电流测定部33将测定电流值I向轴加速度变更部34发送。

轴加速度变更部34对测定电流值I是否大于或等于预先设定的规定值(阈值)进行判断(步骤S40)。规定值是与轴移动指令、睡眠信号、白色噪声的励振信号等使工作台驱动轴动作的指令对应而设定的。例如，在向加工台2发出图7所示的轴移动指令的情况下，应当得到与图7所示的波形对应的测定电流值I。因此，设定与图7所示的波形对应的规定值。

在测定电流值I大于或等于预先设定的规定值的情况下(步骤S40，是)，将轴加速度A切换为与测定电流值I对应的值(步骤S50)。换言之，在测定电流值I大于或等于规定值的情况下，轴加速度变更部34判断为工件W以及支撑部件50X的搭载重量较大，而设定为平缓的轴加速度A(使轴加速度A下降)。由此，将使加工台2移动时的轴加速度A设定为，与搭载在加工台2上的工件W以及支撑部件50X的重量对应的轴加速度A。

图10是表示测定电流值和轴加速度的关系的一个例子的图。轴加速度变更部34基于例如图10所示的测定电流值I和轴加速度A的关系，设定测定电流值I。在图10中，横轴是测定电流值I，纵轴是轴加速度A。如果测定电流值I大于或等于规定的规定值，则将初始设定的轴加速度A变更为较小的值。此时，设定为随着测定电流值I增大而使轴加速度A变小。换言之，设定为随着搭载在加工台2上的工件W以及支撑部件50X的重量增加而使轴加速度A变小。

另外，在这里，说明了基于图10所示的测定电流值I和轴加速度A的关系设定轴加速度A的情况，但也可以基于图10以外的测定电流值I和轴加速度A的关系设定轴加速度A。

另外，测定电流值I和轴加速度A的关系，并不限于图表所示的关系，也可以是由数学式表示的关系。轴加速度变更部34使用例如式(1)、式(2)设定轴加速度A。另外，式(1)中的Io为规定值，Ao是测定电流值I比规定值Io小的情况下的轴加速度(初始设定值)。

I＜Io，A＝Ao…(1)

I≥Io，A＝-(I/4)+Ao+(Io/4)…(2)

另外，也可以作为测定电流值I和轴加速度A的关系，将测定电流值I的规定范围与轴加速度A的规定范围相对应，基于该对应关系(后述的电流/轴加速度对应信息101)设定轴加速度A。

图11是表示电流/轴加速度对应信息的一个例子的图。在电流/轴加速度对应信息101中，测定电流值I与轴加速度A相对应。另外，这里的Io为规定值。例如，I＜Io与轴加速度A的100％(初始设定值)相对应，Io≤I＜I₁与初始设定值的60％的轴加速度A相对应，I₁≤I＜I₂与初始设定值的30％的轴加速度A相对应。

在测定电流值I大于或等于预先设定的规定值的情况下，轴加速度变更部34向控制指示部31发送指示，以设定的轴加速度A进行工件W的激光加工。另一方面，在测定电流值I小于预先设定的规定值的情况下(步骤S40，否)，轴加速度变更部34不对轴加速度A进行切换，直接采用初始设定的轴加速度A。然后，轴加速度变更部34向控制指示部31发送指示，以初始设定的轴加速度A进行工件W的激光加工。

然后，开始工件W的加工处理(步骤S60)。在对工件W进行激光加工时，控制指示部31以由轴加速度变更部34设定的轴加速度A，使加工台2移动。

另外，也可以在操作盘11A或画面显示部11B(用户画面)上设置用于切换轴加速度A的设定栏，从而可以手动切换轴加速度A。轴加速度A的手动输入以按钮形式或者数值的输入形式等进行。在将手动的轴加速度切换设定为有效状态的情况下，切换为平缓的轴加速度A。另外，在对于测定电流值I，与规定值Io相比测定电流值I较大的情况下，在画面显示部11B(用户画面)上进行警告或者报警显示，用户可以在识别后手动地对轴加速度A实施切换。

另外，在工作台驱动轴、电动机、滚珠丝杠等加工台2的驱动部件老化的情况下，有时加工台2移动时所需要的电流变大。在本实施方式中，即使在这种情况下，由于基于测定电流值I对轴加速度A进行变更，所以可以防止驱动部件的损坏等。

另外，在本实施方式中，说明了加工台2的移动方向为X方向的情况，但加工台2不限于沿X方向，也可以沿Y方向和Z方向移动。在此情况下，在沿Y方向和Z方向移动时，也与搭载在加工台2上的工件W以及支撑部件50X的重量对应地变更轴加速度A。

另外，在工件W的加工中使用的加工程序与上一次的工件W的加工中使用的加工程序相同的情况下，也可以以上一次设定的轴加速度A对本次的工件W进行加工。换言之，轴加速度A也可以与工件W的加工中使用的每个加工程序对应而设定。在此情况下，将每个加工程序的轴加速度A登录至数据库等中。并且，在开始工件W的加工时，从数据库中提取与工件W的加工中使用的加工程序对应的轴加速度A，并在工件W的加工中使用。

如上述所示，根据实施方式，由于与搭载在加工台2上的工件W以及支撑部件50X的重量对应地变更轴加速度A，所以可以降低向加工台2的驱动部件施加的负载，其结果是，可以实现驱动部件的长寿命化。另外，由于与搭载在加工台2上的工件W以及支撑部件50X的重量对应地变更轴加速度A，所以可以提高工件W的加工精度。

另外，由于使用睡眠信号或白色噪声的励振信号对测定电流值I进行测定，所以可以容易地对测定电流值I进行测定。另外，由于与工件W的加工中使用的每个加工程序对应地设定轴加速度A，所以不需要重复地进行轴加速度A的设定。

工业实用性

如上述所示，本发明所涉及的加工控制装置以及激光加工装置，适用于一边使加工台移动一边进行工件的激光加工的加工控制。

Claims

1.一种加工控制装置，其对加工台上的支撑部件所载置的工件的三维激光加工进行控制，

其特征在于，具有：

移动指令部，其在开始所述工件的激光加工前，向所述加工台发送移动指令，使该加工台进行规定的动作；

电流测定部，其测定在根据所述移动指令使所述加工台动作时使用的电流值；

轴加速度设定部，其基于测定出的所述电流值，作为对所述工件进行三维激光加工时的加工条件，设定使所述加工台动作的驱动轴的轴加速度；以及

控制部，其按照所设定的所述轴加速度，输出针对所述工件的控制指示，控制所述三维激光加工。

2.根据权利要求1所述的加工控制装置，其特征在于，

所述移动指令是睡眠信号或者白色噪声的励振信号。

3.根据权利要求1或2所述的加工控制装置，其特征在于，

所述轴加速度是与所述工件的加工中使用的每个加工程序对应而设定的。

4.一种激光加工装置，其对加工台上的支撑部件所载置的工件进行三维激光加工，

其特征在于，具有：

轴加速度设定部，其基于测定出的所述电流值，作为对所述工件进行三维激光加工时的加工条件，设定使所述加工台动作的驱动轴的轴加速度；

控制部，其按照所设定的所述轴加速度，输出针对所述工件的控制指示，控制所述三维激光加工；以及

加工处理部，其基于来自所述控制部的控制指示，进行所述工件的三维激光加工。